Aufklärung des Mechanismus von SnO₂‐Gassensoren unter Betriebsbedingungen mittels kombinierter operando‐UV‐Vis‐, Raman‐ und IR‐Spektroskopie

SnO₂ ist das am häufigsten verwendete Material für Metalloxid-Gassensoren, aber ein detailliertes Verständnis der Funktionsweise steht trotz der Relevanz noch immer aus. Um mechanistische Einblicke in SnO₂-Gassensoren unter Arbeitsbedingungen zu erhalten, haben wir einen operando-Zugang entwickelt, der UV-Vis-, Raman- und FT-IR-Spektroskopie kombiniert, und es erstmals erlaubt, die Sensorantwort mit der Sauerstoffleerstellen-Konzentration im Metalloxid, der Art der Adsorbate und der Gasphasenzusammensetzung zu verknüpfen. Wir zeigen anhand der Ethanol-Gassensorik, dass der Sensorwiderstand direkt mit der Anzahl an Sauerstoffleerstellen an der Oberfläche und der Art der Oberflächenspezies, insbesondere der Acetat- und Hydroxyspezies, korreliert ist. Unsere operando-Ergebnisse erlauben eine Beurteilung der in der Literatur vorgeschlagenen Modelle hinsichtlich der Arbeitsweise von Gassensoren. Aufgrund ihres fundamentalen Charakters sind sie auch für andere Metalloxid-Gassensoren von unmittelbarer Relevanz.